Imunomodulační proteiny z medicinálních hub ‒ FIPs
Authors:
D. Holmannová
Authors‘ workplace:
Přednosta: prof. RNDr. Jan Krejsek, CSc.
; Lékařská fakulta a fakultní nemocnice Hradec Králové
; ÚSTAV KLINICKÉ IMUNOLOGIE A ALERGOLOGIE
; Karlova Univerzita v Praze
Published in:
Prakt. Lék. 2016; 96(6): 251-254
Category:
Reviews
Overview
Po staletí jsou houby dobře známé pro své nutriční hodnoty i léčebné účinky. Byly a jsou využívány v tradičních medicínách v Číně, Japonsku, Rusku, Jižní Americe, Africe atd. V současnosti je vědeckými analýzami potvrzeno, že houby obsahují mnoho bioaktivních složek. Nejčastěji studované jsou polysacharidy (beta glukany), u nichž je potvrzen jejich stimulační a posilující vliv na funkce imunitního systému. Tyto vlastnosti však mají také FIPs, malé proteiny s imunomodulačními vlastnostmi. Tento článek se soustřeďuje právě na ně a jejich vliv na imunitní systém. FIPs posiluje, moduluje, stejně tak inhibuje v případě hypersenzitivních a autoimunitních nemocí imunitní systém.
Klíčová slova:
FIPs – imunomodulační proteiny z hub – imunita – houby – cytokiny
ÚVOD
Houby je možné využít dvěma způsoby. Jsou chutnou a vyhledávanou potravinou, ale co víc, jsou doslova po tisíce let využívány tradičními léčebnými systémy a domorodými kmeny. Jsou tedy součástí tradiční čínské, korejské či ruské medicíny, využívají je domorodí jihoameričtí indiáni atd. V současné době jsou houby hojně studovány v in vivo, in vitro pokusech, ale také v klinických studiích, a to zvláště v Asii. Díky nim se opakovaně ukazuje, že houby jsou nositelkami mnoha účinků, ať už se jedná o antioxidační, antidiabetické, antimetastatické, antiinflamatorní či imunostimulační aj. Houby jsou bohaté na bioaktivní látky, které působí i na imunitní systém. Nejznámější jsou polysacharidy ve formě beta glukanů, o kterých již bylo sepsáno velké množství článků (1‒5). Imunitu však regulují i jiné houbové složky, minerální látky, nenasycené mastné kyseliny, terpenoidy, ale také proteiny. Mezi nejznámější patří rodina proteinů, kterou najdeme pod anglickou zkratkou FIPs (fungal immunomodulatory proteins).
CHARAKTERISTIKA FIPs
FIPs jsou izolovány z velkého množství hub. Nejznámější FIPs jsou bezpochyby z Ganodermy lucidum (LZ-8), který byl izolován jako první, a to v roce 1989, Flammulina velutipes (FIP-fve) či Coriolus versicolor (FIP-tvc). Dále pak jsou to například proteiny z Ganoderma tsugae (FIP-gts), Ganoderma japanicum (FIP-gja), Ganoderma sinensis (FIP-gsi), Tremella fucifor-mis (FIP-tfu), Volvariella volvacea (FIP-vvo), Nectria haematococca (FIP-nha), nejnověji pak z Lignosus rhinocerotis (FIP-lrh) atd.
FIPs jsou čisté proteiny (krom LZ-8, který nese i karbohydrátovou skupinu) o velikosti kolem 13 kD a cca 110‒114 aminokyselinách, zatímco např. houbové lektiny mají vyšší molekulární hmotnost. FIPs se řadí do rodiny proteinů, které vykazují vysokou vzájemnou homologii, a to 60%. Strukturou jsou FIPs také velmi blízké proteinům patřícím do imunoglobulinové skupiny. Je zde tedy patrná vývojová souvislost i s lidskými proteiny. Kromě strukturní podobnosti mají FIPs též podobnost funkční. Jejich účinky jsou pestré. Jsou prokázané účinky protirakovinné, protialergické, imunostimulační aj. (6‒14). Koncentrace FIPs v houbách není vysoká, ale jejich vliv na imunitní systém je natolik zásadní, že je snaha vytvořit i rekombinantní FIPs, vložit gen pro FIPs do jiných „organismů“, např. bakterií (často je využívána Escherichia coli), aby se produkce a výtěžnost těchto účinných proteinů zvýšila (15).
ÚČINKY FIPs
Je nutné si uvědomit, že celkové účinky hub jsou dány i tím, jaké účinky mají jejich jednotlivé složky. Vysoce aktivní jsou např. polysacharidy, terpenoidy a právě i proteiny, nejen FIPs.
Protirakovinné působení
Protirakovinné účinky jsou dány jednak posílením imunitního systému, jednak vlastními účinky FIPs. FIPs snižují viabilitu mnoha typů rakovinných buněk, inhibují jejich růst, často zastavují buněčný cyklus ve fázi G1/S, navozují apoptózu i autofagii a snižují aktivitu telomerázy. Dalším efektem je pak omezení migrace rakovinných buněk, tedy antimetastatické účinky, a to jak ovlivněním rakovinných buněk samotných s omezením tvorby filopodií, tedy jejich pohyblivosti, tak i snížením aktivit metaloproteázy 2. FIPs pomáhají překonat i takovou komplikaci, jakou je rezistence rakovinných buněk k léčbě, působí synergicky s chemoterapeutikem a zvyšují jeho cytotoxicitu pro rakovinné buňky. FIP-gta inhibuje buňky rakoviny prsu, FIP-fve rakoviny plic, FIP-gts buňky uroteliálního karcinomu aj. (16‒18). Ovlivnění imunitního systému, protirakovinné imunity je také velmi podstatné. S LZ-8 pak byly prováděny pokusy s přípravou DNA protirakovinné vakcíny s využitím dendritických buněk. Je to právě LZ-8, který stimuluje imunitní systém, když je přidán jako adjuvans do HER-2/neu DNA vakcíny proti nádorům močového měchýře exprimujícím p185 (neu) v případě myšího modelu. LZ-8 cílí hlavně na aktivaci dendritických buněk skrz vazbu na TLR4 receptor, zvyšuje jejich schopnost dále aktivovat CD4+ lymfocyty a CTL. Podobně posilujícího efektu lze dosáhnout i pomocí FIP-fve (19, 20).
Protialergické a protizánětlivé působení
Ohledně utlumování imunitní reakce můžeme zmínit např. LZ-8, který zvyšuje buněčnou proliferaci a IL-2 produkci u T-lymfocytů. To by spíše odpovídalo aktivaci imunitního systému, pokud by ovšem LZ-8 nezvyšoval i počty populace Treg FOXP3+ T-lymfocytů, tj. lymfocytů, které mají inhibiční vlastnosti. Navíc se ukázalo, že v přítomnosti LZ-8 dochází i ke zvýšení exprese inhibiční povrchové molekuly CTLA-4 a tlumivého cytokinu IL-10. Kromě pokusů in vitro s myšími a lidskými CD4+ lymfocyty se výsledek potvrdil i na myším modelu indukované kolitidy, kdy byly myším podány CD4+ předtím kultivované s LZ-8, došlo k výraznému zlepšení zdravotního stavu myší (21). I u dalších proteinů ze skupiny FIPs byly prokázány inhibující účinky. FIP-fve je velmi účinný v případě potlačování zánětu v dýchacích cestách plic laboratorních myší postižených astmatem. U těchto ovalbuminem (OVA) imunizovaných myší se vyvinulo astma spojené se zánětem a hyperreaktivitou v dýchacích cestách, podávání FIP-fve hyperreaktivitu dýchacích cest snížilo, utlumilo zánětlivý proces, došlo ke snížení infiltrace sliznice imunitními buňkami a expresi cytokinů spojených s alergií a Th2 lymfocytárním subsetem. Poklesla též koncentrace OVA specifických IgE v séru. V jiné studii se pak ukázalo, že FIP-fve dokáže navodit apoptózu u buněk exprimujících receptor IL-5α receptor, neboť redukuje jeho expresi. Se snížením exprese IL-5α je omezena stimulace pomocí IL-5, která prodlužuje životnost buněk, navíc FIP-fve zvyšuje expresi CD95 (patří mezi dead receptory). Těmito kroky FIP-fve cílí hlavně na eozinofily, tedy buňky výrazně zapojené do patologie alergického zánětu, dochází-li k poklesu jejich počtu, dochází i ke snížení zánětu (22, 23). Je též prokázáno, že díky FIPs je posílena diferenciace T-lymfocytů do subsetu Th1, který není spojen s alergiemi (24).
Imunostimulační působení
Houby jsou známé svými silnými imunostimulačními účinky, za nimi stojí i FIPs. Tím dochází ke zlepšení protiinfekční i protirakovinné imunity. FIPs působí na více liniích, mají na imunitní systém komplexní vliv. Studie potvrdily, že FIPs zvyšují diferenciaci hematopoetických kmenových buněk a mají i mitogenní efekt na periferní mononukleáry. Podporují přechod z fáze G0/G1 buněčného cyklu do fáze S, tedy proliferaci (25, 26). FIPs dále působí na syntézu cytokinů, tj. signálních proteinů modulujících aktivitu imunitního systému, které ovlivňují proliferaci a diferenciaci cílových buněk, metabolismus buněk, aktivaci či inhibici buněk aj., výrazně ji zvyšují. Jak již bylo zmíněno v textu týkajícího se alergií, FIPs posouvají reaktivitu, tedy i produkci cytokinů, od Th2 subsetu k Th1 subsetu (27). Dochází tak ke zvýšení produkce např. IFN-γ, dále pak aktivací T-lymfocytů i buněk vrozeného imunitního systému se zvyšuje syntéza IL-2, IL-1β, TNF-α, IL-12 či lymfotoxinu. Nedochází však k posílení exprese IL-3, IL-5 či IL-6. Zvyšují též expresi receptorů pro produkované cytokiny, např. IL-2R (28−31). Podrobněji je probrán vliv LZ-8 na dendritické buňky, zvyšuje jejich aktivitu, expresi kostimulačních molekul, jako jsou CD80/CD86, dále pak HLA-DR, zvyšuje produkci IL-12, IL-10 a IL-23. Vše se děje stimulací receptoru TLR4 na dendritických buňkách. V přítomnosti LZ-8 se zvyšuje schopnost dendritických buněk aktivovat naivní T-lymfocyty a podpořit u nich produkci INF-γ (32). Zvyšují též expresi adhezních molekul, hlavně pak ICAM-1 na cévním epitelu, tj. endotelu, i T-lymfocytech, a CD11b, čímž zvýší migraci imunitních buněk z krevního řečiště do místa poškození (33, 34). Prakticky se tento efekt projeví např. při snižování hypersenzitivních reakcí, posílení protiinfekční a protirakovinné imunity, ale také při urychlení hojení, kdy dochází k potlačení aktivity exekučních kaspáz, jejichž aktivace vede k apoptóze buňky, v tomto případě byl pokus proveden na myším modelu s poškozením jaterní tkáně elektrokauterem a byl zaznamenán pokles aktivity kaspázy 3. Podávání LZ-8 myším urychlilo proces hojení (35). Dokonce se porovnávala účinnost polysacharidů z Ganodermy s LZ-8 na aktivaci makrofágů a T-lymfocytů a jejich vliv je srovnatelný (36).
ZÁVĚR
Medicinální houby jsou dle dostupných informací velmi přínosné pro modulaci průběhu mnohých onemocnění, kromě laboratorních pokusů jsou prováděny již i klinické studie potvrzující efekt podávání hub na stav pacientů či zdravých dobrovolníků. Těmito studiemi se potvrdil posilující vliv na imunitní systém, snížení nemocnosti, zvýšení fyzické kondice, protirakovinné účinky, zlepšení u pacientů s ulcerózní kolitidou, atopické dermatitidy, revmatoidní artritidy, astmatu aj. (37‒48). Schopnost ovlivňovat imunitní systém je dána složením hub, dominantní postavení mají polysacharidy, z nichž jsou nejznámější beta glukany. Při používání celých hub, prášku z jejich mycelií aj., je pak nutné k účinkům beta glukanů připočíst též účinnost dalších složek, jako jsou bílkoviny, enzymy, vitaminy, minerální látky, terpenoidy aj. Méně známé jsou účinky houbových proteinů. Houby obsahují různé typy proteinů, ať už to jsou vysokomolekulární lektiny, či menší houbové imunoregulační proteiny označované jako FIPs. Tyto proteiny jsou velmi účinné v ovlivňování reaktivity imunitního systému. Je možné říct, že „kopírují“ aktivitu houbových polysacharidů. Imunitní systém nejen podporují, posilují protiinfekční a protinádorovou imunitu, ale také snižují hypersenzitivní reakce. Žádná z provedených studií neukázala, že by FIPs působily toxicky, tedy že by měly vedlejší účinky při použití na laboratorních zvířatech. Je zde tedy prostor pro další zkoumání těchto proteinů, jejich zařazení do klinických studií a vytvoření léčiv, která by tyto proteiny či ještě lépe celé houby, čímž by byly využity i další bioaktivní složky v nich obsažené, uvedla do praxe.
Podpořeno z projektu PRVOUK P37/10.
Střet zájmů: žádný.
ADRESA PRO KORESPONDENCI:
MUDr. Drahomíra Holmannová
Ústav klinické imunologie a alergologie LF a FN
Sokolská 581, 500 03 Hradec Králové
e-mail: holmannova@gmail.com
Sources
1. Rop O, Mlcek J, Jurikova T. Beta-glucans in higher fungi and their health effects. Nutr Rev 2009; 67(11): 624–631.
2. Akramiene D, Kondrotas A, Didziapetriene J, et al. Effects of beta-glucans on the immune system. Medicina (Kaunas) 2007; 43(8): 597–606.
3. Wasser SP. Medicinal mushrooms as a source of antitumor and immunomodulating polysaccharides. Appl Microbiol Biotechnol 2002; 60(3): 258–274.
4. Vannucci L, Krizan J, Sima P, et al. Immunostimulatory properties and antitumor activities of glucans (Review). Int J Oncol 2013; 43(2): 357–364.
5. Lee DH, Kim HW. Innate immunity induced by fungal β-glucans via dectin-1 signaling pathway. Int J Med Mushrooms 2014; 16(1): 1–16.
6. Ko JL, Hsu CI, Lin RH, et al. A new fungal immunomodulatory protein, FIP-fve isolated from the edible mushroom, Flammulina velutipes and its complete amino acid sequence. Eur J Biochem 1995; 228(2): 244–249.
7. Ko JL, Hsu CI, Kao CL, et al. Molecular cloning and expression of a fungal immunomodulatory protein, FIP-fve, from Flammulina velutipes. J Formos Med Assoc 1997; 96: 517–524.
8. Hsu HC, Hsu CI, Lin RH, et al. Fip-vvo, a new fungal immunomodulatory protein isolated from Volvariella volvacea. J Biol Chem 1997; 323: 557–565.
9. Kino K, Yamashita A, Yamaoka K, et al. Isolated and characterization of a new immunomodulatory protein Ling Zhi-8 (LZ-8), from Ganoderma lucidium. J Biol Chem 1989; 264: 472–478.
10. Zhou XW, Li QZ, Yin YZ, et al. Identification of medicinal Ganoderma species based on PCR with specific primers and PCR-RFLP. Planta Med 2008; 74: 197–200.
11. Lin JP, Bai JY, Li YF. Structure and function study of fungal immunomodulatory protein (FIP). Journal of Liaoning Normal University (Natural Science Edition) 2006; 29: 84–87.
12. An M, Gao FG, Qi JX, et al. Expression and crystallographic studies of a fungal immunomodulatory protein LZ-8 from a medicinal fungus Ganoderma lucidum. Chin J Biotechnol 2010; 26: 1563–1568.
13. Paaventhan P, Joseph JS, Seow SV, et al. A 1.7Å structure of Fve, a member of the new fungal immunomodulatory protein family. J Mol Biol 2003; 332: 461–470.
14. Pushparajah V, Fatima A, Chong CH, et al. Characterisation of a new fungal immunomodulatory protein from Tiger Milk mushroom, Lignosus rhinocerotis. Sci Rep 2016; 6: 30010.
15. Li S, Nie Y, Ding Y, et al. Recombinant expression of a novel fungal immunomodulatory protein with human tumor cell antiproliferative activity from Nectria haematococca. Int J Mol Sci 2014; 15(10): 17751–17764.
16. Xu H, Kong YY, Chen X, et al. Recombinant FIP-gat, a fungal immunomodulatory protein from Ganoderma atrum, induces growth inhibition and cell death in breast cancer cells. J Agric Food Chem 2016; 64(13): 2690–2698.
17. Chang YC, Hsiao YM, Wu MF, et al. Interruption of lung cancer cell migration and proliferation by fungal immunomodulatory protein FIP-fve from Flammulina velutipes. J Agric Food Chem 2013; 61(49): 12044–12052.
18. Li JR, Cheng CL, Yang WJ, et al. FIP-gts potentiate autophagic cell death against cisplatin-resistant urothelial cancer cells. Anticancer Res 2014; 34(6): 2973–2983.
19. Lin CC, Yu YL, Shih CC, et al. A novel adjuvant Ling Zhi-8 enhances the efficacy of DNA cancer vaccine by activating dendritic cells. Cancer Immunol Immunother 2011; 60(7): 1019–1027.
20. Ding Y, Seow SV, Huang CH, et al. Coadministration of the fungal immunomodulatory protein FIP-Fve and a tumour-associated antigen enhanced antitumour immunity. Immunology 2009; 128(1 Suppl): e881–894.
21. Hsu HY, Kuan YC, Lin TY, et al. Reishi protein LZ-8 induces FOXP3+ Treg expansion via a CD45-dependent signaling pathway and alleviates acute intestinal inflammation in mice. Evid Based Complement Alternat Med 2013; 2013: 513542.
22. Lee YT, Lee SS, Sun HL, et al. Effect of the fungal immunomodulatory protein FIP-fve on airway inflammation and cyto kine production in mouse asthma model. Cytokine 2013; 61(1): 237–244.
23. Hsieh CW, Lan JL, Meng Q, et al. Eosinophil apoptosis induced by fungal immunomodulatory peptide-fve via reducing IL-5α receptor. J Formos Med Assoc 2007; 106(1): 36–43.
24. Hsieh KY, Hsu CI, Lin JY, et al. Oral administration of an edible-mushroom-derived protein inhibits the development of food-allergic reactions in mice. Clin Exp Allergy 2003; 33(11): 1595–1602.
25. Wang PH, Hsu CI, Tang SC, et al. Fungal immunomodulatory protein from Flammulina velutipes induces interferon-γ production through p38 mitogen-activated protein kinase signaling pathway. J Agr Food Chem 2004; 52: 2721–2725.
26. Lin ZP, Bai YJ, Li YF. Structure and function study of fungal immunomodulatory protein (FIP). J Liaoning Norm U (Nat Sci Ed) 2006; 29: 84–87.
27. Hu ZJ, Li Y. Progress in research on relationship between Th1/Th2 imbalance and diseases. West China Med J 2009; 24: 236–237.
28. Hsu HY, Hua KF, Wu WC, et al. Reishi immuno-modulation protein induces interleukin-2 expression via protein kinase-dependent signaling pathways within human T cells. J Cell Physiol. 2008; 215(1): 15–26.
29. Li Q, Wang X, Chen Y, et al. Cytokines expression induced by Ganoderma sinensis fungal immunomodulatory proteins (FIP-gsi) in mouse spleen cells. Appl Biochem Biotechnol 2010; 162(5): 1403–1413.
30. Li F, Wen H, Liu X, et al. Gene cloning and recombinant expression of a novel fungal immunomodulatory protein from Trametes versicolor. Protein Expr Purif 2012; 82(2): 339–344.
31. Ou CC, Hsiao YM, Wu WJ, et al. FIP-fve stimulates interferon-gamma production via modulation of calcium release and PKC-alpha activation. J Agric Food Chem 2009; 57(22): 11008–11013.
32. Lin YL, Liang YC, Tseng YS, et al. An immunomodulatory protein, Ling Zhi-8, induced activation and maturation of human monocyte-derived dendritic cells by the NF-kappaB and MAPK pathways. J Leukoc Biol 2009; 86(4): 877–889.
33. Miyasaka N, Inoue H, Totsuka T, et al. An immunomodulatory protein, Ling Zhi-8, facilitates cellular interaction through modulation of adhesion molecules. Biochem Biophys Res Commun 1992; 186(1): 385–390.
34. Haak-Frendscho M, Kino K, Sone T, et al. Ling Zhi-8: A novel T cell mitogen induces cytokine production and upregulation of ICAM-1 expression. Cell Immunol 1993; 105: 101–113.
35. Lin HJ, Chang YS, Lin LH, et al. An Immunomodulatory Protein (Ling Zhi-8) from a Ganoderma lucidum induced acceleration of wound healing in rat liver tissues after monopolar electrosurgery. Evid Based Complement Alternat Med 2014; 2014: 916531.
36. Zhou XW, Lin J, Yin YZ, et al. Ganodermataceae: Natural Products and Their Related Pharmacological Functions. Am J Chin Med 2007; 35: 559–574.
37. Bergendiova K, Tibenska E, Majtan J. Pleuran (β-glucan from Pleurotus ostreatus) supplementation, cellular immune response and respiratory tract infections in athletes. Eur J Appl Physiol 2011; 111(9): 2033–2040.
38. Jesenak M, Majtan J, Rennerova Z, et al. Immunomodulatory effect of pleuran (β-glucan from Pleurotus ostreatus) in children with recurrent respiratory tract infections. Int Immunopharmacol 2013; 15(2): 395–399.
39. Bao YX, Wong CK, Leung SF, et al. Clinical studies of immunomodulatory activities of Yunzhi-Danshen in patients with nasopharyngeal carcinoma. J Altern Complement Med 2006; 12(8): 771–776.
40. Jesenak M, Urbancek S, Majtan J, et al. β-Glucan-based cream (containing pleuran isolated from pleurotus ostreatus) in supportive treatment of mild-to-moderate atopic dermatitis. J Dermatolog Treat 2016; 27(4): 351–354.
41. Okuno K, Uno K. Efficacy of orally administered Lentinula edodes mycelia extract for advanced gastrointestinal cancer patients undergoing cancer chemotherapy: a pilot study. Asian Pac J Cancer Prev 2011; 12(7): 1671–1674.
42. Ohno S, Sumiyoshi Y, Hashine K, et al. Quality of life improvements among cancer patients in remission following the consumption of Agaricus blazei Murill mushroom extract. Complement Ther Med 2013; 21(5): 460–467.
43. Therkelsen SP, Hetland G, Lyberg T, et al. Effect of a medicinal Agaricus blazei Murill-based mushroom extract, AndoSan™, on symptoms, fatigue and quality of life in patients with ulcerative colitis in a randomized single-blinded placebo controlled study. PLoS One 2016; 11(3): e0150191.
44. Li EK, Tam LS, Wong CK, et al. Safety and efficacy of Ganoderma lucidum (lingzhi) and San Miao San supplementation in patients with rheumatoid arthritis: a double-blind, randomized, placebo-controlled pilot trial. Arthritis Rheum 2007; 57(7): 1143–1150.
45. Hetland G1, Johnson E, Lyberg T, Kvalheim G. The mushroom Agaricus blazei Murill elicits medicinal effects on tumor, infection, allergy, and inflammation through its modulation of innate immunity and amelioration of Th1/Th2 imbalance and inflammation. Adv Pharmacol Sci 2011; 2011: 157015.
46. Dai X, Stanilka JM, Rowe CA, et al. Consuming Lentinula edodes (Shiitake) Mushrooms daily improves human immunity: a randomized dietary intervention in healthy young adults. J Am Coll Nutr 2015; 11: 1–10.
47. Rossi P, Buonocore D, Altobelli E, et al. Improving Training Condition Assessment in Endurance Cyclists: Effects of Ganoderma lucidum and Ophiocordyceps sinensis Dietary Supplementation. Evid Based Complement Alternat Med 2014; 2014: 979613.
Labels
General practitioner for children and adolescents General practitioner for adultsArticle was published in
General Practitioner
![Issue 6](https://www.prolekare.cz/media/cache/resolve/journal_issue/media/image_pdf/0d996882a9c95ff89407d27cbc079b22.jpeg)
2016 Issue 6
Most read in this issue
- Špecifiká hospitalizmu u detského pacienta
- Komplexní rehabilitace pacientů po cévní mozkové příhodě – projekt iktového centra Thomayerovy nemocnice
- Mýty o cholesterolu
- Hygienická hypotéza a rostoucí incidence alergických onemocnění dětské a adolescentní populace